浅析高速公路工程隧道控制测量的方法

摘要：随着中国社会经济的快速发展，高速公路工程项目越来越多，随之而来的是日益凸显的隧道质量问题，特别是可能会引发安全事故的隧道测量误差问题直接关系到高速公路工程项目的整体质量。基于高速公路工程建设中的隧道控制测量原则，为确保隧道控制测量的准确性探讨了相应的控制测量方法。

关键词：高速公路;隧道;控制测量;测量方法

隧道建设是公路建设的非常关键的环节，隧道为交通运输业和城市的发展提供了基础条件。但是，与其他工程项目相比，隧道工程的施工环境本身更为复杂，需要考虑的因素很多，导致施工更加困难。隧道工程控制测量是隧道工程勘察设计、工程施工等其他建设环节的基础和前提，其结果是否准确直接影响隧道工程的质量。基于此，探讨高速公路隧道控制测量的原理和方法及其他相关内容对于提高高速公路工程建设质量来说至关重要。

一、高速公路隧道控制测量原则

为保证施工时高速公路隧道能够顺利贯通，确保隧道开挖及支护位置的准确性，需要做好控制测量和施工放样工作，在工程实践中要遵循的基本原则主要有以下两个方面：

首先，测量时必须遵循“首先测量整体，然后测量局部”的顺序。即，在达到从高水平测量到低水平测量的转变之前，必须按顺序及精度指标由高到低测量，直到满足规范或设计参数为止。然后，将相应的仪器按规划好的控制网或导线形式依次安置在每个加密控制点上，以执行测量任务。通常，隧道施工控制测量有两种类型：平面控制网和高程控制网。

其次，测量控制网的布局应遵循“因地制宜，质量第一”的原则。 （1）“因地制宜”的原则：主要是在建设隧道控制网络之前负责调查施工现场的人员要认真复核移交的测量控制点及相关参数，测量公路隧道的水文条件，地形等，为布设测量控制网方案提供关键参考信息。同时，在拟定测量控制网形时，相关技术人员应充分了解现场的各种测量仪器，熟悉控制等级的相关规范以及操作要点，全面深入地掌握现场的交通因素和其他外部环境因素，必须将质量要求与实际工程条件相结合，持续优化隧道测量控制网络布设方案，不断提高控制网络的合理性和准确性。（2）“质量第一”的原则：在布设公路隧道测量控制网时，有必要提高等级精度，将其作为各项操作的基础。例如，在隧道测量过程中，请确保在每个隧道的入口及出口附近设置至少三个平面控制点，以确保对隧道内部测量的度量有参考和校核作用。又如，为方便起见，对施工中线进行放样和测量。当在隧道洞口投点进行布设时，洞内传算的起算边长一般为300m或以上，相邻的控制点需要确保相互可见，并更好地执行检查和定向操作。（3）“技术先进”的原则：为提高公路隧道控制网布设时的测量精度，不仅要严格遵守规范和设计要求，而且还采用了一些先进的测量设备和测量技术，同时还需要注意控制网布局的整体质量。

二、隧道平面控制网精度要求

1、测量控制网精度

隧道测量控制网的布局应确保其能够顺利贯通，控制网络的等级和精度要求取决于隧道长度，公路等级、贯通误差要求及施工技术。隧道控制测量有三种常见的控制网类型：

（1）GPS网络。是最常用的的一种控制网，通常也是首级控制网。由于控制点之间无需通视，因此网络布设限制更少，网络精度相对较高，适用于做隧道内控制的起算网点。

（2）三角网。适用于地形起伏较大，能见度较高的施工场地，适用于做大范围测区的施工控制网。

（3）导线网。适用于地势相对平坦、要求通视的施工场地，适用于做带状测区及隧道内的施工控制网。

现阶段，控制网布设主要采用GPS控制网的形式，主要特点是点位之間不需通视，可以直接连接隧道中的两个投点，显著减少控制点数量。GPS定位精度很高，特别是由较长测量基线边缘（≥1000m）组成的控制网络。GPS控制网的设计还需要考虑隧道的贯通精度，以确保项目的安全性及准确性，实现精确控制。

2、GPS控制网精度

假设在隧道开口处控制点的坐标精度为m2，GPS观测精度以m0表示，

则有

其中，m0由GPS接收机决定，Q表示GPS控制网图形强度，和控制网的几何形状直接相关。为了实现隧道网的布设和精确设计可以基于隧道的总长度，测量区域的地形以及每个坑口的初步位置模拟几种不同边长的GPS测量网络方案，并根据图形和GPS向量的协方差矩阵解计算Q值，然后求解出隧道开口控制点的精度，方案不但要满足m2<±20mm的精度，而且必须高效。

三、建立隧道控制测量坐标系统

高速公路上的直线隧道长度超过1000m，弯曲隧道的长度超过500m的情况下必须根据横向贯通精度的要求建立任意平面坐标系，坐标系应便于隧道施工放样。需要考虑隧道两端的精准连接，可采用国家的高斯平面坐标系，也可以是任何经度的中央子午线高斯平面坐标系。但是实际上普遍使用独立坐标系。传统的测量网络也应该为施工提供便利。从隧道主轴的入口到出口的方向始终是正x轴方向，隧道中特定线的中心线的里程数是X坐标系的起始值。向右旋转90°以建立Y轴。坐标的原点值可以是任意桩号。也可以为0。在实际施工中可以选择隧道底部的平均高程面作为投影面高程，隧道的中心线被认为是中央子午线。根据高斯共形投影计算平面的直角坐标系也可以将偏移高程面用作投影面，并根据高斯共形投影计算该平面的直角坐标，还可以根据椭圆的投影选择合适的中央子午线。即，由于将长度投影到投影区域而引起的变形，这与投射到椭圆球体上的长度变形完全相同。

结语

综上所述，完善的测量控制网形、测量技术以及满足精度要求的测量仪器是确保隧道顺利贯通并减少项目风险的先决条件。从某种意义上说，高效的隧道工程控制测量不仅能确保高速公路工程项目的建设进度，而且降低了项目成本。

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作者简介：高国强，男（1991.11-）陕西省咸阳市，大学专科，中级职称， 路桥方向。

（中国水利水电第十二工程局有限公司 310004）